無(wú)線應(yīng)用正在改變?nèi)藗兩畹姆椒矫婷妫阂苿?dòng)設(shè)備可在改善生活質(zhì)量的同時(shí)，簡(jiǎn)化患者監(jiān)護(hù)；智能儀表可通過(guò)簡(jiǎn)單的消費(fèi)者互動(dòng)靈活地控制電源需求；樓宇技術(shù)不但支持對(duì)生活方式的靈活調(diào)節(jié)，而且還可降低整體功耗。不過(guò)，這些應(yīng)用大多使用電池供電，部分應(yīng)用(如電表、水表)要求在單顆電池的情況下運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10年。因此，不可避免地面臨如何在電池和設(shè)備的體積之間取得平衡，以及盡可能延長(zhǎng)電池使用時(shí)間的挑戰(zhàn)。
為進(jìn)一步降低無(wú)線應(yīng)用的功耗，德州儀器(TI)日前新推出一款集成旁路開(kāi)關(guān)與獨(dú)特DCS-Control技術(shù)的3MHz、100mA同步降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器TPS62730。該最新器件在基于MSP430 MCU的低功耗無(wú)線應(yīng)用中，可比同類競(jìng)爭(zhēng)解決方案的電池運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)20%。該高性能器件工作電流僅為25uA，可支持多種低功耗應(yīng)用，如藍(lán)牙低功耗系統(tǒng)、儀表計(jì)量與樓宇技術(shù)、移動(dòng)電話、消費(fèi)類電子、醫(yī)療以及人機(jī)接口等設(shè)備。
目前大多數(shù)的DC/DC轉(zhuǎn)換器效率可超過(guò)90%，避免額外能源損耗的一個(gè)方法是將電池直接連接至負(fù)載，沒(méi)有任何穩(wěn)壓，從而節(jié)省成本和空間。但是實(shí)際上并不完全是這樣，在電池直接供電時(shí)，負(fù)載自身的功耗仍然過(guò)高。這是因?yàn)檫@些器件的最低電源電壓已經(jīng)接近放電電池水平。
圖1：采用TPS62730與CC2540 藍(lán)牙低功耗片上系統(tǒng)器件的系統(tǒng)框圖。
德州儀器中國(guó)區(qū)高性能模擬產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展工程師潘靖表示，目前一些RF器件(比如CC2540)的電池供電電壓在2伏左右就已經(jīng)足夠。而我們使用的鈕扣電池，其電壓范圍通常在2伏到3伏之間。當(dāng)電池是3伏的新電池時(shí)，高于2伏的電壓所做的都是無(wú)用功，作為能耗被白白浪費(fèi)掉了。
TPS62730由兩部分組成：傳統(tǒng)的降壓轉(zhuǎn)換器和旁路模式，這是因?yàn)楫?dāng)設(shè)備出于睡眠或者低能耗的狀態(tài)時(shí)，實(shí)際上它消耗的電流非常低，此時(shí)完全沒(méi)有必要用DC/DC對(duì)電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因?yàn)楸旧黼娏鞣浅Ｐ。w功耗仍然是非常低的。潘靖指出，當(dāng)RF設(shè)備工作的時(shí)候，其電流大概會(huì)在幾十毫安到一百毫安之間，在這種情況下，我們就會(huì)用降壓轉(zhuǎn)換器對(duì)電池電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到一個(gè)2伏左右、但已經(jīng)足夠讓一套R(shí)F設(shè)備正常工作的電壓，以便整體的效率能夠得到提升。從 DC/DC降壓到旁路模式的轉(zhuǎn)換可由用戶選擇，也可以自動(dòng)運(yùn)行。
在傳輸與接收模式下，TPS62730不但可實(shí)現(xiàn)高達(dá)95%的轉(zhuǎn)換效率，而且還可降低電池電流損耗。超低功耗旁路開(kāi)關(guān)，在睡眠及低功耗模式下電流損耗僅為30nA。此外，TPS62730轉(zhuǎn)換器所生成的典型輸出電壓紋波低于15mVpp，可為支持TI 2.4GHz CC2540和CC430片上系統(tǒng)(SOC)等低功耗RF應(yīng)用提供低噪聲性能。
圖2：采用TPS62730與CC430低功耗MCU的系統(tǒng)框圖。
TPS62730采用了TI專利的DCS-Control控制模式，這是一項(xiàng)高級(jí)穩(wěn)壓拓?fù)浼夹g(shù)，在單個(gè)器件中整合了磁滯及電壓模式控制的優(yōu)勢(shì)，支持優(yōu)異的AC線路與瞬態(tài)負(fù)載調(diào)節(jié)。該特性可在PWM 和節(jié)電模式間實(shí)現(xiàn)順暢的轉(zhuǎn)換。此外，其它電壓反饋環(huán)路還可確保DC準(zhǔn)確度。DCS-Control技術(shù)能夠降低研究外部過(guò)濾組件的需求，從而可減少相關(guān)空間與成本。
此外，由于大容量電池價(jià)格高昂，通過(guò)在解決方案中增加 TPS62730來(lái)降低電池電流，能夠大幅降低電池成本。“利用該產(chǎn)品能夠在電池容量不變的情況下，讓整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行更長(zhǎng)的時(shí)間；或者在工作時(shí)間要求不變的情況下，可以使用更低成本的電池，從而使整體的應(yīng)用成本得到下降。”潘靖解釋說(shuō)。
1毫米×1.5毫米的QFN封裝使得該產(chǎn)品便于安裝在主PCB上，加入0402電容器和0603電感器后，整體解決方案的面積小于12平方毫米，最大高度為1毫米。該產(chǎn)品的千片批量?jī)r(jià)為每片0.85美元。
TPS62730的主要特性包括：
整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)極低的輸出電壓紋波(不足15mVpp的典型值)可為RF應(yīng)用帶來(lái)極大的優(yōu)勢(shì)；
12mm2的小型解決方案：3MHz頻率及固定輸出電壓選項(xiàng)僅需3個(gè)外部組件；
1.9V至3.9V寬泛輸入電壓不但支持Li-SOCI2、LiSo2以及Li-MnO2等基本鋰離子電池化學(xué)成分，而且還支持兩種堿性電池；
典型值為30nA的超低功耗關(guān)斷/旁路模式電流支持現(xiàn)代RF收發(fā)器的睡眠與低功耗模式。 |
